CN115368050B

CN115368050B - 提升混凝土极限拉伸性能的外加剂及其制法和使法

Info

Publication number: CN115368050B
Application number: CN202211171981.7A
Authority: CN
Inventors: 陆凤华; 蒋林华; 陈磊; 梁广雪; 牛亚露; 靳卫准; 职芳芳; 储洪强
Original assignee: Jiangsu Yancheng Water Conservancy Construction Co ltd; Hohai University HHU
Current assignee: Jiangsu Yancheng Water Conservancy Construction Co ltd; Hohai University HHU
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2042-09-26
Also published as: CN115368050A

Abstract

本发明公开了一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂及其制法和使法，包括以下组份：按重量份数计，所述外加剂包含以下组分：40～50份改性纳米碳酸钙粉末，20～30份的聚苯并噁唑纤维，10～20份超高分子量聚乙烯纤维，14～35份ACG粉末；其中ACG粉末包括纳米氧化铝粉末和甲酸锂。本发明通过改性纳米碳酸钙粉末，改善了混凝土拌合物的和易性，减少混凝土水分的蒸发，提升了混凝土的密实度。本发明掺加高强度且亲水的聚苯并噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维均匀地分散在混凝土中，抑制微裂缝的产生。

Description

提升混凝土极限拉伸性能的外加剂及其制法和使法

技术领域

本发明建筑材料混凝土外加剂技术领域，尤其涉及提升混凝土极限拉伸性能的外加剂及其制法和使法。

背景技术

混凝土外加剂是指为了改善和调节混凝土性能而掺加的物质，其掺量一般不大于5％。目前，常用的外加剂按照功能可以分为以下几类：用于改善拌合物流变性能的外加剂，包括减水剂、引气剂、增稠剂等；调节混凝土凝结硬化性能的外加剂，比如缓凝剂、早强剂、速凝剂等；改善混凝土耐久性，如引气剂，阻锈剂，抗裂剂；具有其他功能的外加剂，比如膨胀剂、着色剂、防冻剂等。

混凝土是一种脆性材料，抗压强度较高，但是抗拉强度较差，为了解决这个问题，通常采用配置钢筋提高混凝土结构的抗拉性能。但是在如地震这样复杂的受力环境，以及不配筋的水工结构，混凝土自身的抗拉性能极为重要。目前市场上其他功能的外加剂很多，但是缺少一种专门用于提升混凝土极限拉伸性能的外加剂。

发明内容

发明目的：本发明的目的提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂；本发明的另一目的提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的制备方法；本发明的另一目的是提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的使用方法。

技术方案：本发明的一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，包括以下组份：按重量份数计，所述外加剂包含以下组分：40～50份改性纳米碳酸钙粉末，20～30份的聚苯并噁唑纤维，10～20份超高分子量聚乙烯纤维，14～35份ACG粉末；其中，改性纳米碳酸钙粉末为纳米碳酸钙粉末经含硬脂酸的改性剂改性后所得；ACG粉末包括纳米氧化铝粉末和甲酸锂。

进一步地，改性纳米碳酸钙粉末的改性方法为：将未改性的纳米碳酸钙粉末加热到70～90℃，加入含有硬脂酸的改性剂后，均匀搅拌1～2h后停止反应，将浆料抽滤后放在105～120℃下干燥2～4h，使用搅拌机将干燥物打散后，得到改性纳米碳酸钙粉末。

更进一步地，加热温度为70～90℃；干燥条件为：105～120℃下干燥2～4h。

更进一步地，改性剂包含以下组分：按重量份数计，90～95份水，2～6份硬脂酸、1～2份氢氧化钠，1～2份氢氧化锂，1～2份氢氧化钾。

更进一步地，改性剂的制备方法为：将各组分混合后在85～95℃下皂化反应1～2h得到改性剂。

进一步地，ACG粉末包含以下组分：以重量百分计，10～20份纳米氧化铝粉末，2～10份甲酸锂，2～5份谷氨酸钠。

优选地，聚苯并噁唑纤维的直径为5～20μm，长度为4～20mm；纳米氧化铝粉末的直径为20～50nm。

优选地，所述甲酸锂，其纯度在95％以上。

优选地，所述谷氨酸钠，其纯度在95％以上。

优选地，超高分子量聚乙烯纤维的直径为5～50μm，长度为4～20mm；分子量为100万～200万。

另一方面，本发明提供一种上述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的制备方法，所述制备方法为：将提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的各组分原料在搅拌器中机械混合均匀30min～1h得到提升混凝土极限拉伸性能的外加剂。

另一方面，本发明提供一种上述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的使用方法，在混凝土湿搅拌后加入提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，掺量为每立方米混凝土1～2kg。

本发明的一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其通过改性纳米碳酸钙粉末，改善了混凝土拌合物的和易性，减少混凝土水分的蒸发，提升了混凝土的密实度。掺加高强度且亲水的聚苯并噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维均匀地分散在混凝土中，抑制微裂缝的产生。ACG粉末中甲酸锂带来的甲酸根和锂离子促进混凝土的水化，配合纳米氧化铝粉末促进水化产物结晶，提升混凝土早期强度，并且通过谷氨酸钠提升混凝土拌合物的流动性，特别是在配筋的混凝土中，谷氨酸根阴离子会吸附在钢筋上，还具有一定的阻锈功能。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)本发明通过改性碳酸钙提升了混凝土拌合物的和易性；(2)本发明采用的聚苯并噁唑纤维在混凝土中未使用过，具有一定的创新性；(3)本发明采用的聚苯并噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维具有较高的强度，能显著提升混凝土的极限拉伸性能；(4)本发明ACG粉末采用的甲酸锂和纳米氧化铝能提升混凝土的早期强度，添加谷氨酸钠改善混凝土流动性，并且对钢筋具有一定阻锈效果，可以提升钢筋混凝土的耐久性。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，所述外加剂包含以下组分：按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，30份的聚苯并噁唑纤维，15份超高分子量聚乙烯纤维，15份ACG粉末。

本实施例的外加剂的制备方法为：按重量份数计，将45份改性纳米碳酸钙粉末，25份的聚苯并噁唑纤维，15份超高分子量聚乙烯纤维和25份ACG粉末在搅拌器中机械混合均匀30min～1h得到。

其中，改性纳米碳酸钙粉末的改性方法为：将未改性的纳米碳酸钙粉末加热到70～90℃，加入改性剂后均匀搅拌1～2h后停止反应，将浆料抽滤后放在105～120℃下干燥2～4h，使用搅拌机将干燥物打散后，得到改性纳米碳酸钙粉末。改性剂。

其中，改性剂的组份为：按重量份数计，92份水，4份硬脂酸、1.5份氢氧化钠，1.5份氢氧化锂，1.5份氢氧化钾。改性剂的制备方法为：将各组分混合后在85～95℃下皂化反应1～2h得到改性剂。

ACG粉末包含以下组分：以重量百分计，15份纳米氧化铝粉末，6份甲酸锂，3.5份谷氨酸钠。纳米氧化铝粉末的平均直径为20～50nm。甲酸锂的纯度在95％以上。谷氨酸钠的纯度在95％以上。

本实施例提供一种提升极限拉伸性能的混凝土，在普通混凝土湿搅拌1min后加入外加剂，掺量为每立方米混凝土1.0、2.0kg。普通混凝土包括以下组份：水泥、水、砂、小石(5-20mm)、大石(20-40mm)、减水剂。

实施例2

本实施例提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，所述外加剂包含以下组分：按重量份数计，50份改性纳米碳酸钙粉末，20份的聚苯并噁唑纤维，15份超高分子量聚乙烯纤维，15份ACG粉末。

本实施例的外加剂的制备方法为：按重量份数计，将40份改性纳米碳酸钙粉末，30份的聚苯并噁唑纤维，10份超高分子量聚乙烯纤维和14份ACG粉末在搅拌器中机械混合均匀30min～1h得到。

其中，改性剂的组份为：按重量份数计，90份水，2份硬脂酸、1份氢氧化钠，1份氢氧化锂，1份氢氧化钾。改性剂的制备方法为：将各组分混合后在85～95℃下皂化反应1～2h得到改性剂。

ACG粉末包含以下组分：以重量百分计，10份纳米氧化铝粉末，10份甲酸锂，5份谷氨酸钠。纳米氧化铝粉末的平均直径为20～50nm。甲酸锂的纯度在95％以上。谷氨酸钠的纯度在95％以上。

实施例3

本实施例提供一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，所述外加剂包含以下组分：按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，25份的聚苯并噁唑纤维，15份超高分子量聚乙烯纤维，15份ACG粉末。

本实施例的外加剂的制备方法为：按重量份数计，将50份改性纳米碳酸钙粉末，20份的聚苯并噁唑纤维，20份超高分子量聚乙烯纤维和35份ACG粉末在搅拌器中机械混合均匀30min～1h得到。

其中，改性剂的组份为：按重量份数计，95份水，6份硬脂酸、2份氢氧化钠，2份氢氧化锂，2份氢氧化钾。改性剂的制备方法为：将各组分混合后在85～95℃下皂化反应1～2h得到改性剂。

ACG粉末包含以下组分：以重量百分计，20份纳米氧化铝粉末，2份甲酸锂，2份谷氨酸钠。纳米氧化铝粉末的平均直径为20～50nm。甲酸锂的纯度在95％以上。谷氨酸钠的纯度在95％以上。

实施例4

与实施例1相比，本实施例的区别在于：外加剂的配方不同，具体的，外加剂包含以下组分：按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，30份的聚苯并噁唑纤维，10份超高分子量聚乙烯纤维，14份ACG粉末。其余和实施例1相同。

实施例5

与实施例1相比，本实施例的区别在于：外加剂的配方不同，具体的，外加剂包含以下组分：按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，30份的聚苯并噁唑纤维，20份超高分子量聚乙烯纤维，35份ACG粉末。其余和实施例1相同。

为了体现所用配比为最优选配比，设置了三组对比例作为参考。

对比例1

与实施例1相比，本对比例的区别在于：聚苯并噁唑纤维的添加量不同，其余和实施例1相同。具体的，本对比例的外加剂包含以下组分：按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，15份超高分子量聚乙烯纤维，15份ACG粉末。

本对比例提供一种提升极限拉伸性能的混凝土，在普通混凝土湿搅拌1min后加入上述外加剂，掺量为每立方米混凝土2.0kg。

对比例2

与实施例1相比，本对比例的区别在于：不添加超高分子量聚乙烯纤维，其余和实施例1相同。具体的，本对比例的外加剂包含以下组分：配方按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，30份聚苯并噁唑纤维，15份ACG粉末。

对比例3

与实施例1相比，本对比例的区别在于：聚苯并噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维的加入量不同，其余和实施例1相同。每立方米混凝土掺入2.0kg本发明的外加剂，配方按重量份数计，40份改性纳米碳酸钙粉末，10份聚苯并噁唑纤维，35份超高分子量聚乙烯纤维，15份ACG粉末。

力学性能测试

将实施例1-5和对比例1-3中的抗裂剂，按照掺量2kg添加到混凝土中，以不掺抗裂剂作为空白样，按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土的抗压强度、抗拉强度和极限拉伸值。混凝土配合比见表1，抗压强度测试结果见表2，极限抗拉性能测试结果见表3。

表1混凝土配合比

表2混凝土抗压强度检测结果

表3混凝土极限抗拉性能检测结果

由以上测试试验结果可知：与空白组相比，掺入本发明的外加剂，明显的提升了混凝土的抗压强度、抗拉强度和极限拉伸值。其中五个实施例中，实施例1的效果最好，在3d、7d和28d时，对于抗压强度分别提升了12.1％、16.9％和10.7％；在7d和28d时，对于抗拉强度分别提升了30％和23％，对于极限拉伸值分别提升了36.8％和33.7％。相比于实施例，尽管对比例中抗拉性能相比空白样有了明显的提升，但是部分龄期的抗压强度有所下降。因此，实施例配方是最优选的配比。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本申请的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等效替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，所述外加剂包含以下组分：按重量份数计，40~50份改性纳米碳酸钙粉末，20~30份的聚苯并噁唑纤维，10~20份超高分子量聚乙烯纤维，14~35份ACG粉末；其中，改性纳米碳酸钙粉末为纳米碳酸钙粉末经含硬脂酸的改性剂改性后所得，超高分子量聚乙烯纤维的分子量为100万~200万； ACG粉末包含以下组分：以重量百分计，10~20份纳米氧化铝粉末，2~10份甲酸锂，2~5份谷氨酸钠。

2.根据权利要求1所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，改性纳米碳酸钙粉末的改性方法为：将未改性的纳米碳酸钙粉末加热到70~90℃，加入含有硬脂酸的改性剂后，均匀搅拌1~2h后停止反应，将浆料抽滤后放在105~120℃下干燥2~4h，使用搅拌机将干燥物打散后，得到改性纳米碳酸钙粉末。

3.根据权利要求2所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，加热温度为70~90℃；干燥条件为：105~120℃下干燥2~4h。

4.根据权利要求2所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，改性剂包含以下组分：按重量份数计，90~95份水，2~6份硬脂酸、1~2份氢氧化钠，1~2份氢氧化锂，1~2份氢氧化钾。

5.根据权利要求2所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，改性剂的制备方法为：将改性剂的各组分混合后在85~95℃下皂化反应1~2h得到改性剂。

6.根据权利要求1所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，聚苯并噁唑纤维的直径为5~20μm，长度为4~20mm；纳米氧化铝粉末的直径为20~50nm。

7.根据权利要求1所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，其特征在于，超高分子量聚乙烯纤维的直径为5~50μm，长度为4~20mm。

8.一种根据权利要求1-7任一所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的各组分原料在搅拌器中机械混合均匀30min~1h，得到提升混凝土极限拉伸性能的外加剂。

9.一种根据权利要求1-7任一所述的提升混凝土极限拉伸性能的外加剂的使用方法，其特征在于，在混凝土湿搅拌后加入提升混凝土极限拉伸性能的外加剂，掺量为每立方米混凝土1~2kg。